Промислове використання дріжджів

Дріжджі були першими мікроорганізмами, які людина стала використовувати для задоволення своїх потреб.

Основна властивість дріжджів, яке завжди було привабливим для людини - це здатність до утворення досить великих кількостей спирту з цукру. Перша згадка про отримання спиртних напоїв у Єгипті, так званої «бузи», що представляє собою різновид пива, відноситься до 6000 р. до н. е.. Цей напій отримували в результаті зброджування пасти, отриманої при роздавлюванні і розтиранні пророслого ячменю. Приготування бузи можна вважати народженням сучасного пивоваріння. З Єгипту технологія пивоваріння була завезена до Греції, а звідти в Древній Рим. У цих же країнах активно розвивалося виноробство. Міцні спиртні напої, отримані перегонкою бражки, мабуть, були вперше отримані в Китаї близько 1000 р. до н. е.. У Європі процес виробництва спирту був завезений значно пізніше. Відомо, що отримання віскі було налагоджено в Ірландії в XII ст. Зараз промислове виробництво спиртних напоїв існує в більшості країн світу і являє собою велику галузь промисловості. Інша група процесів, в яких здавна використовуються дріжджі, також пов'язана з їх здатністю до спиртного бродінню: утворення вуглекислого газу під дією дріжджів - найважливіший етап в приготуванні хліба, що приводить до заквашування тесту. Цей процес також дуже давній. Вже до 1200 р. до н. е.. в Єгипті була добре відома різниця між хлібом з кислого і прісного тіста, а також користь від застосування вчорашнього тесту для заквашування свіжого.

Традиційні процеси

Виноробство, пивоваріння та хлібопечення існують вже кілька тисячоліть. Природно, що за цей час були отселекціоніровани сотні видів заквасок, які використовуються для приготування різних сортів вина і пива. Проте лише на початку XIX ст. були висловлені припущення, що за спиртове бродіння, що викликається цими заквасками, відповідальні присутні в них дріжджі, побачені вперше в 1680 р. Антоні ван Левенгуком. Остаточним доказом ролі дріжджів в збродження цукрів вважається робота Пастера, опублікована ним у 1866 р. До кінця ХІХ ст. стало відомо, що сахароміцети, виділені з різних заквасок і різних сортів вина та пива, розрізняються за фізіологічними властивостями, наприклад, по здатності до зброджування різних цукрів. У подальшому на підставі таких фізіологічних відмінностей в роді Saccharomyces було описано декілька десятків видів. Однак в останні роки методами молекулярної та генетичної таксономії було показано, що більшість цих «видів» насправді являють собою різні фізіологічні раси декількох близьких біологічних видів, головним чином Saccharomyces cerevisiae. Це такі «види», як, наприклад, Saccharomyces vini, Saccharomyces ellipsoides, Saccharomyces oviformis, Saccharomyces cheresiensis, Saccharomyces chevalieri і десятки інших, які зараз переведені в розряд синонімів Saccharomyces cerevisiae. Більшість цих «видів» - це отселекціонірованние століттями раси - такий же продукт людської діяльності, як сорти культурних рослин. У природі їх знайти іноді просто неможливо. Однак, нещодавно Г. І. Наумов виявив, що дикі популяції Saccharomyces cerevisiae поширені на Далекому Сході в сокотеченіях дуба. Він припустив, що Далекий Схід - центр видоутворення цих дріжджів. Крім Saccharomyces cerevisiae в природних середовищ існування виявлено ще декілька дуже близьких видів-двійників: Saccharomyces bayanus, Saccharomyces paradoxus і Saccharomyces cariocanus, Saccharomyces kudriavzevii, Saccharomyces mikatae, а також їх міжвидові гібриди. Дріжджі використовуються також при виготовленні безлічі інших традиційних харчових продуктів. Наприклад, спеціальні раси дріжджів входять до складу заквасок, які використовуються для приготування кефіру. Дріжджі застосовуються в сироварінні при отриманні деяких сортів сиру. У Східній Азії широко поширені численні закваски для отримання різноманітних традиційних соусів, до складу яких входять специфічні види дріжджів, що не зустрічаються в інших місцях проживання. У побуті велику популярність отримав «чайний гриб» - специфічна бактеріально-дріжджова асоціація, за допомогою якої отримують легкий, освіжаючий напій. Двадцяте століття з його нестримним розвитком промисловості різко розширив і області застосування дріжджів. Вони стали вирощуватися у великих масштабах в якості джерела білка і вітамінів для сільськогосподарських тварин. Дріжджі - основне джерело технічного етанолу. За допомогою дріжджів зараз отримують великий спектр сполук, що використовуються в різних областях людської діяльності. До них належать вітаміни, різні полісахариди, ліпіди, які можуть служити замінниками рослинних масел, різноманітні ферменти, які використовуються в харчовій промисловості. Розвиток генетичної інженерії дозволило використовувати легко культивовані дріжджі для одержання багатьох корисних речовин тваринної і рослинної природи, наприклад інсуліну.

Виноробство В основі отримання вина лежить зброджування фруктози і глюкози виноградного соку з утворенням етилового спирту. Зібраний виноград давлять і отримують так зване виноградне сусло, або муст, в якому міститься 10-25% цукру. При виробництві червоного вина шкірка та кісточки винограду залишаються в соку протягом всього процесу бродіння, тоді як для приготування білих вин їх видаляють після роздавлювання ягід і зброджується тільки сік. У традиційних процесах приготування вина зброджування муст ведеться за допомогою дріжджів, присутніх на винограді. При цьому в бродінні бере участь безліч видів дріжджів, що змінюють один одного, такі як Hanseniaspora, Brettanomyces, Saccharomyces. У сучасному виноробстві для зброджування в основному використовують чисті культури спеціальних рас сахароміцетів. При цьому присутні в суслі «дикі» дріжджі спочатку вбивають, зазвичай пропускаючи через муст двоокис сірки. Після закінчення бродіння молоде вино необхідно освітлити і дати йому дозріти. Ці процеси для високоякісних вин можуть займати кілька років. У процесі дозрівання вина відбувається зростання бактерій, які видаляють з нього яблучну кислоту, а також різні біохімічні зміни, які покращують смакові якості вина. При виробництві деяких сортів вин в якості вихідної сировини використовується не виноградний сік, а вже готове вино. Таке, так зване вторинне виноробство, включає процеси доброжування і модифікації вин з використанням спеціальних рас дріжджів. До найбільш відомих продуктів вторинного виноробства відносяться шампанські вина. Шампанське отримують із суміші вин (купажу), в яку додають цукор і дріжджі, після чого витримують у замкнутому обсязі для вторинного бродіння (шампанізації). Традиційні процеси шампанізації проводяться в пляшках, на великих заводах - у великих ємностях. При шампанізації відбувається розчинення і хімічне зв'язування утворюється вуглекислоти, яка при відкриванні пляшки в результаті перепаду тиску звільняється і надає вину неповторну ігристого. Дріжджі вносять у виробництво вина подвійний внесок: вони відповідальні за утворення етанолу в напої, а також за накопичення в ньому безлічі вторинних сполук, від яких залежить його смак і аромат. Такі з'єднання називаються органолептичними. Частина з них утворюється безпосередньо в ході бродіння, частина - при хімічних перетвореннях компонентів вина в ході його дозрівання. У винах виявлені сотні органолептичних сполук. Багато з них присутні в дуже малих кількостях і практично не піддаються ідентифікації. Ще складніше визначити внесок усіх цих сполук в остаточний букет вина, оскільки для кожної речовини характерна своя концентрація, при якій його присутність можна вловити з допомогою нюху (так званий поріг запаху).

Пивоваріння Технологія приготування пива включає кілька етапів. Пиво виробляють із зерна, яке на відміну від винограду містить в основному крохмаль, погано засвоюваний дріжджами. Тому перед зброджуванням цей крохмаль необхідно осахаріть (гідролізувати). Традиційно в різних країнах для виробництва пива використовували різні види зернових: в Європі - ячмінь, в Азії - рис, в Америці - кукурудзу. При осахаривании ячменю зазвичай користуються амілазами самого ячменю, які утворюються у великій кількості при проростанні зерна. Для гідролізу рисового крохмалю на Сході традиційно використовують деякі штами міцеліальних грибів (Mucor, Aspergillus). Пророслий і висушений ячмінь (так званий солод) потім висушують в печі. При цьому в результаті карамелізації цукрів утворюються забарвлені сполуки, які надають пиву характерний колір. Висушений солод розмелюють, змішують з водою і варять, в результаті чого виходить так зване пивне сусло. У результаті всіх цих процесів частина крохмалю вихідного зерна гідролізується до мальтози, глюкози та інших цукрів, інша частина, фракція декстринів, не розщеплюється і тому не утилізується дріжджами і залишається без змін протягом всього наступного процесу бродіння. Концентрація декстринів обумовлює щільність пива (світле або темне). Після оцукрювання зерно висушують, розмелюють, кип'ятять, фільтрують. У процесі варіння сусла в нього зазвичай додають хміль надає пиву характерний гіркуватий присмак. Отримане пивне сусло зброджують чистими культурами дріжджів Saccharomyces cerevisiae. У пивоварінні розрізняють два типи бродіння: верхове (тепле) і низова (холодне). Викликають їх дріжджі різняться рядом властивостей і раніше розглядалися як різні види: верхові Saccharomyces cerevisiae і низове Saccharomyces carlsbergensis. Дріжджі низового бродіння функціонують при температурі 6-10 ° C, у той час як верхове бродіння протікає при 14-25 ° C. В кінці бродіння низові дріжджі осідають на дно посудини, утворюючи щільний осад, а верхові дріжджі спливають на поверхню, утворюючи так звану «шапку». Підйом дріжджів верхового бродіння на поверхню обумовлений більш інтенсивним бродінням, при якому утворюються бульбашки вуглекислого газу, що піднімають дріжджові клітини. . Важливе технологічне властивість дріжджів, що використовуються в пивоварінні - так звана флоккуляціонная здатність. Флоккуляции - злипання клітин один з одним на заключних стадіях бродіння, в результаті чого утворюються пластівці, швидко осідають на дно посудини. Від флоккуляціонной здатності дріжджів в значній мірі залежать ступінь зброджування сусла, освітлювання пива і кількість зібраних дріжджів в кінці бродіння. Для максимального перетворення цукру в етанол необхідно, щоб дріжджі залишалися суспендованих в бродячій рідини. З іншого боку, флоккуляции дріжджів після того, як бродіння закінчилося або досягла бажаної стадії, дуже полегшує видалення дріжджів з напою. Іншими словами, дріжджі повинні флоккуліровать тільки на певній стадії бродіння. Хоча важливість процесу флоккуляции у виготовленні алкогольних напоїв була оцінена вже більше ста років тому, фізіологічний механізм цього явища був вивчений лише в останні десятиліття. У злипанні клітин беруть участь присутні в розчині іони двовалентного кальцію, що взаємодіють з карбоксильними і фосфодіефірних групами на поверхні клітинних стінок дріжджів.